超算：比你想的更接地氣

2019 年4 月，一張類似燃燒中蜂窩煤的照片傳遍全世界——這是人類歷史上首次得見“黑洞”的真容。

實際上，關于黑洞的照片早在2017 年4 月歷經(jīng)十余天已拍攝完畢，此后，便是將來自全球8 架射電望遠鏡收集到的數(shù)據(jù)進行密集運算，其容量達到每晚2PB（1PB=1000TB=1 000 000GB）。

時針再往前，1997 年和2016 年發(fā)生過兩次令人印象深刻的“人機大戰(zhàn)”，由IBM 開發(fā)的“深藍”和由Google 開發(fā)的AlphGo 最終分別戰(zhàn)勝人類大腦，獲得象棋、圍棋比賽的勝利。

執(zhí)行這些龐大計算的主角有同一個名字——超算。

所謂“超算”，即超級計算機，是指由數(shù)千甚至更多處理器組成、能計算普通計算機和服務器不能完成的大型復雜課題的計算機。普通人可能覺得超算很遙遠，其實不然，它已經(jīng)在我們經(jīng)濟社會生活的很多領域扮演著重要角色，它不僅能算天算地算人，還能算“命”算成本。

算天：

預報天氣更精準

所謂“一只蝴蝶扇動翅膀，可能引發(fā)萬里之外的一場龍卷風?！睔庀髮W的要素千變萬化，涉及氣象學、熱力學、流體力學等極其復雜的方程組，而數(shù)據(jù)則是來自天上若干衛(wèi)星、地上無數(shù)雷達、觀測站的實時監(jiān)測，不斷更新。海量數(shù)據(jù)，對計算的速度和精度要求特別高。

你或許注意到，近些年來的天氣預報越來越準，可以精確到幾點下雨，在哪些“局部地區(qū)”會有暴雨大風等。在氣象學上，這叫做高分辨率的精細化預報。能做到這一點，超算功不可沒。2011 年我國“天河一號”超級計算機把氣象觀測精度提高到10 萬公里，“神威藍光”超級計算機實現(xiàn)了1萬公里級別的精度，而“神威·太湖之光”已經(jīng)能把精度縮到幾公里的范圍。

以廣州天氣預報為例，從2017 年開始，廣州的氣象預報系統(tǒng)開始由“天河二號”運行。以前，華南地區(qū)的天氣預報以3 公里×3 公里作為一個網(wǎng)格，現(xiàn)在1 公里×1 公里是一個網(wǎng)格，計算量提高了27 倍。每12 分鐘，“天河二號”就能給出每平方公里內6 小時的天氣預報。哪怕只隔一座橋，也能準確預報“東邊日出西邊雨”。

算地：

既能找飛機，也能抓偷排

尋找MH370，是世界科技角力的戰(zhàn)場。大量的衛(wèi)星雷達集中對準南印度洋，當這些高科技眼睛采集到信息后，一個必經(jīng)的環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)處理，擔當這一重任的即是超算?！爸灰凶銐蚓_的相關數(shù)據(jù)，超算就能找到失事飛機。”清華大學副教授黃小猛說。

除了找飛機，還有更多接地氣的事情倚仗超算來解決。

圖/東方IC

建一棟樓對周邊的環(huán)境到底有什么影響？如何建設風道便于污染物擴散？中科院深圳先進技術研究院正在國家超算無錫中心進行的一項課題，就是深圳市污染物擴散的模擬。通過超算模擬，可以根據(jù)目前污染物的情況，計算出未來一段時間的大氣污染物濃度和分布，進行空氣質量預報。從預報結果還可以計算出哪些污染源“貢獻”最大，了解污染的來龍去脈，為污染防控提供決策指導。

算人：

人體模擬預判風險

模擬血流、模擬心臟、模擬人體任何一個部分，有了超算，這些都不再是夢想。

之前，美國科學家利用世界前十的超算，選取一名真人掃描其血管系統(tǒng)，通過3D 建模技術建立動脈系統(tǒng)模型，成功地再現(xiàn)了整個人體的動脈系統(tǒng)。任何直徑或寬度在1毫米以上的動脈血管都會出現(xiàn)在模型中，而且模型的分辨率達到了9 微米。

只要運算核夠多、速度夠快，醫(yī)療工作者的診斷和治療水平將大大提升，而科學的治療手段更容易讓患者接受。

中科院深圳先進技術研究院副研究員陳榮亮曾利用“神威·太湖之光”對人體血流進行模擬與分析，例如可以及時有效地判定一個病人是否會發(fā)生腦梗塞的風險。

“過去，對一個可能發(fā)生腦梗塞的病人，醫(yī)院難以判斷是否要進行支架手術，一般都會通過從大腿動脈處放進測壓導絲進行測量，這種方式既危險又痛苦。如今，經(jīng)過模擬計算，只要血流儲備分數(shù)小于0.8，就要做手術?！标悩s亮說。

算“命”：

勾勒個性挖掘需求

你對自己了解多少？好奇自己究竟是什么樣的人？翻到星座運程時，半信半疑，但還是會瞄瞄和自己相關的那一頁？人類最好奇的永遠是自己本身。超算，在我們認識自己方面也能派上用場。

該功能的正式名稱叫“個性特征服務”。美國的IBM超級計算機“沃森”通過對每個人2300 條最新社交網(wǎng)絡推文的解讀，應用語言學分析方法歸納總結你的社交特性，然后將你與其他幾十萬甚至數(shù)百萬用戶進行比較，從而勾勒出你與眾不同的個性。

“沃森”的分析程序如果由“神威·太湖之光”來做，是不是會更加準確？“理論上是可以實現(xiàn)的，畢竟我國的超算已經(jīng)達到了足夠的分析能力?！遍L期從事超算應用的中科院計算機網(wǎng)絡信息中心研究人員周純葆說。只要科學家們的“腦洞”夠大夠好玩，設計禮服、設計創(chuàng)意食譜、設計任何你想得到或者想不到的玩意，超算都有機會搶生意。

算成本：

電影制作省時降成本

超算在影視劇作中將起到什么作用？動畫電影制作階段的最后一道工序叫作渲染，是使圖像變成符合設計的3D場景的階段，也可以說是讓動畫從靜態(tài)圖像變成人們看到的動畫的過程。這個過程因為涉及各種場景元素的變化，過程極其復雜，每一幀圖片的渲染耗時，根據(jù)模型復雜程度不同，差異很大，模型越復雜，渲染時間越長，因此動畫電影的制作更需要強大的計算處理能力才能實現(xiàn)。

“以往動畫電影中的小河，只不過是一條藍色的帶子，”清華大學副教授黃震春介紹，為了把它呈現(xiàn)得更加逼真，動畫和電影制作企業(yè)都是用“農(nóng)場”的方式把畫面一幀一幀地精細化處理。所謂農(nóng)場，就是無數(shù)臺電腦，由專業(yè)人員分工在每臺機器上一點點調整。一秒鐘播放24 幀畫面，每一幀畫面在后期制作過程中都需要渲染，需要24 臺機器同時給這張圖片進行渲染，費時費力，效率低下。

依托超算，就可以同時給成千上萬幀圖片進行渲染。以前一部動漫電影的后期渲染需要一年，現(xiàn)在可能只需要一個月就可以完成，可謂省時省成本。在超算的加持下，動畫畫質也可以更加精細，比如加入風、光線反射等更多元素。讓以往銀幕上一條會流淌的“藍帶子”，變成泛著水花推著小船一路向前的清澈小河。（本刊綜合）※